EP0093644B1 - Geschalteter Kapazitätsschaltkreis - Google Patents

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Claims (13)

1. Geschalteter Kapazitätsschaltkreis, enthaltend einen integrierenden Kondensator (4), einen Operationsverstärker (1) mit einem Ausgangsende (2) und einem invertierenden Eingangsende (3), zwischen die der integrierende Kondensator (4) geschaltet ist, eine Abtastschaltung mit einem Analogschalter (6, 7, 8, 9) und einem Abtastkondensator (5), welche Abtastschaltung swischen ein Signaleingangsende (10) und das invertierende Eingangsende (3) des Operationsverstärkers (1) geschaltet ist, und eine Schaltsteuerschaltung (11) zum Steuern des Analogschalters (6, 7, 8, 9), wobei der geschaltete Kapazitätsschaltkreis dadurch gekennzeichnet ist, daß er enthält:
eine Stromregelvorspannschaltung (74) zum Zuführen einer Vorspannung zu einer Konstantstromschaltung, um den Betriebsstrom einer Differenzstufe (61, 62, 63, 64, 65) des Operationsverstärkers in Übereinstimmung mit einer stabilen Besugsspannung (VREF) zu bestimmen, die der Vorspannschaltung (74) zugeführt wird, die im wesentlichen frei vom Einfluß einer Schwankung der Versorgungsspannung ist, die dem geschalteten Kapazitätsschaltkreis zugeführt ist, so daß der Betriebsstrom der Differenzstufe (61, 62, 63, 64, 65) frei vom Einfluß der Schwankung der Verzorgungsspannung ist, welcher Operationsverstärker eine Verstärkungsstufe (66, 67) hinter der Differenzstufe enthält, wobei die Stromregelvorspannschaltung (74) enthält: einen ersten MOS-Transistor (91), der die Bezugsspannung (VREF) an einem Gate-Source-Pfad desselben aufnimmt, einen zweiten MOS-Transistor (90), der in Serie mit dem ersten MOS-Transistor (91) geschaltet ist, einen dritten MOS-Transistor (92), dessen Drain und Gate jeweils mit dem Drain und Gate des zweiten MOS-Transistor (90) verbunden sind, wobei der dritte MOS-Transistor (92) zusammen mit dem zweiten MOS-Transistor (90) eine Stromspiegelschaltung bildet, und einen vierten Transistor (93), der in Serie mit dem dritten MOS-Transistor (92) geschaltet ist, um eine kostante Gate-Source-Spannung zu haben, die im wesentlichen frei vom Einfluß der Schwankung der Versorgangsspannung ist, aufgrund der Zuführung konstanten Stroms von der Stromspiegelschaltung, wobei Gate und Source des vierten Transistors (93) mit Gate bzw. Source eines MOS-Transistors (65) der Konstantstromschaltung verbunden sind, um den Betriebsstrom des genannten Operationsverstärkers zu bestimmen.
2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Bezugsspannung von außerhalb des geschalteten Kapazitätsschaltkreises zugeführt wird.
3. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Bezugsspannung einer Spannung entspricht, die durch Filterung einer Rauschkomponente der Versorgungsspannung des geschalteten Kapazitätsschaltkreises mittels eines Tiefpaßfilters erhalten wird.
4. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Stromregelvorspannschaltung Ströme regelt, die durch alle Verstärkungsstufen des Operationsverstärkers fließen.
5. Schaltung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Arbeitspunktstabilisierschaltung (73) zur Ermittlung einer Schankungskomponente der Versorgungsspannung zur Zuführung einer ermittelten Schwankungskomponente (VB4), die dieselbe Phase wie die Phase der Versorgungsspannung (Voo) der Verstärkungsstufe des Operationsverstärkers hat, und zum Stabilisieren eines Arbeitspunktes der Verstärkungsstufe.
6. Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Arbeitspunktstabilisierungsvorspannschaltung enthält: einen Spannungsschwankungskomponentendetektor mit einer Serienschaltung mit einem Element (104) hohen Widerstandes und einem kapazitiven Element (105), welches Element (104) hohen Widerstandes mit einem Ende mit einer Spannungsquelle (VBIN) verbunden ist, die frei vom Einfluß der Schwankung der Versorgungsspannung (Voo) ist, und wobei das kapazitive Element (105) mit einem Ende mit der Versorgungsspannung (VDD) verbunden ist; und eine Verbindung derart hergestellt ist, daß die ermittelte Schwankungskomponente der Vorspannung eines Transistors zur Bestimmung eines Betriebsstromes des Frequenzkompensationspuffers hinzuaddiert wird, wodurch die Schwankungskomponente (VBOUT) einem Gate eines Transistors (66) der Verstärkungsstufe über einen Frequenzkompensationspuffer (68, 69) und einen Frequenzkompensationskondensator (85) zugeführt wird, um dadurch eine Gate-Source-Spannung (Vga) des genannten Transistors (66) konstant zu halten.
7. Schaltung nach Anspruch 6, bei der das Element hohen Widerstandes eine MOS-Schaltung (111, 112, 113, 114) enthält.
8. Schaltung nach Anspruch 5, weiterhin enthaltend eine Substratvorspannschaltung zur Ermittlung einer Leckkomponente der Schwankung der Versorgungsspannung, die auf eine Signalleitung über eine Parasitärkapazität eines Transistors des Analogschalters übertragen wird, um eine invertierte Spannung zu erzeugen, die eine zur Phase der Leckkomponente entgegengesetzte Phase hat, und zum Zuführen der invertierten Spannung zu einem Substrat des Analogschalters und zum Aufheben der Leckkomponente.
9. Schaltung nach Anspruch 8, bei der der Analogschalter einen P-Kanal-MOS-Transistor und einen N-Kanal-MOS-Transistor enthält, der von einem Substrat des P-Kanal-MOS-Transistors durch eine P-Typ-Element-Isolationsdiffusionsschicht (P-well) isoliert ist; und die genannte Substratvorspannschaltung enthält:
einen Ersatzschalter (140), der die gleiche Anordnung wie der Analogschalter hat;
einen Detektorverstärker (141) zum Ermitteln der Leckkomponente der Schwankung der Versorgungsspannung, die an einem Ausgangsende des Ersatzschalters über eine Parasitärkapazität des Ersatzschalters erscheint;
einen Pegelschieber (142') zum Umwandeln eines Gleichspannungspegels eines Ausgangssignals vom Detektorverstärker (141) auf einen Pegel einer P-well-Spannung, die für einen Schaltbetrieb des Analogschalters erforderlich ist;
eine Rückkopplungsschaltung (142) für die Wechselstromrückkopplung eines Ausgangssignals von den Pegelschieber auf die P-Typ-Element-Isolationsdiffusionschicht des Ersatzschalters (140); und
eine Verbindungsschaltung zum Zuführen der invertierten Spannung zu der P-Typ-Etement-Isolationsdiffusionsschicht des Analogschalters, wobei die invertierte Spannung an einem Ausgangsende des Pegelschiebers (142) erhalten wird.
10. Schaltung nach Anspruch 9, bei der der Ersatzschalter (140) einen analogen EIN-Schalter (140,146) und einen analogen AUS-Schalter (147, 148) enthält und ein Korrekturanalogschalter (127) mit dem invertiertenden Eingangsende des Operationsverstärkers verbunden ist.
11. Schaltung nach Anspruch 9, bei der das Ausgangsende des Detektorverstärkers mit einem zusätzlichen Pegelschieber verbunden ist, wobei ein Ausgangssignal von dem zusätzlichen Pegelschieber der P-Typ-Element-Isolationsdiffusionsschicht des Analogschalters zugeführt ist.
12. Schaltung nach Anspruch 1, weiterhin enthaltend eine Substratvorspannschaltung zur Ermittlung einer Leckkomponente der Schwankung der Versorgungsspannung, die auf eine' Signalleitung über eine Parasitärkapazität eines Transistors des Analogschalters übertragen wird, um eine invertierte Spannung zu erzeugen, die eine zur Phase der Leckkomponente entgegengesetzte Phase hat, und zum Zuführen der invertierten Spannung zu einem Substrat des Analogschalters und zum Aufheben der Leckkomponente.
13. Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Analogschalter (121,122,123 und 124) einen P-Kanal-MOS-Transistor und einen N-Kanal-MOS-Transistor enthält, der von einem Substrat des P-Kanal-MOS-Transistors durch eine P-Typ-Element-Isolationsdiffusionschicht (P-well) isoliert ist, und
daß die Substratvorspannschaltung enthält:
einen Ersatzschalter (140), der die gleiche Anordnung hat, wie der genannte Analogschalter,
einen Detektorverstärker (141) zum Ermitteln der Leckkomponente der Schwankung der Versorgungsspannung, die an einem Ausgangsende des Ersatzschalters über eine Parasitärkapazität des Ersatzschalters erscheint,
einen Pegelschieber (142') zum Umwandeln eines Gleichspannungspegels eines Ausgangssignals vom Detektorverstärker (145) auf einen Pegel einer P-well-Spannung, die für einen Schaltbetrieb des Analogschalters erforderlich ist,
eine Rückkopplungsschaltung (142) zur Wechseistromrückkopplung eines Ausgangssignals vom Pegelschieber auf die P-Typ-Element-Isolationsdiffusionsschicht des Ersatzschalters, und
eine Verbindungsschaltung zum Zuführen der invertierten Spannung zu der P-Typ-Element-Isolationsdiffusionsschicht des Analogschalters, wobei die invertierte Spannung an einem Ausgangsende des Pegelschiebers erhalten wird.
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